Ekologia: populacja i zależności między gatunkami - Puls życia 8

1.Ekologia

Nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody. Bada zależności między organizmami oraz między organizmami a ich środowiskiem.

2.Nisza ekologiczna

Wszystkie wymagania życiowe organizmu (gatunku), które muszą być spełnione, aby mógł przeżyć i wydać potomstwo. Składają się na nią m.in. warunki środowiska (np. temperatura, wilgotność), dostępność zasobów (np. pokarm, miejsce gniazdowania) i powiązania z innymi organizmami (np. liczba drapieżników). Dwa gatunki żyjące na tym samym obszarze nie mogą mieć identycznych nisz - najwyżej podobne.

3.Siedlisko

Przestrzeń, w której występuje dany organizm, wyodrębniona na podstawie cech geograficznych (np. ukształtowania terenu), klimatycznych (np. opadów) i glebowych (np. zawartości soli mineralnych). Organizm znajduje w niej pokarm i schronienie, rozwija się i rozmnaża. W jednym siedlisku żyje wiele organizmów, ale każdy ma inną niszę ekologiczną.

4.Czynniki środowiska wpływające na organizm

Ożywione - organizmy tego samego gatunku i organizmy innych gatunków zajmujące to samo siedlisko. Nieożywione - m.in. temperatura, wilgotność powietrza, nasłonecznienie, stężenie tlenu i dwutlenku węgla, zawartość soli mineralnych i ukształtowanie terenu.

5.Tolerancja ekologiczna i zakres tolerancji ekologicznej

Tolerancja ekologiczna to zdolność organizmu do przystosowywania się do zmian zachodzących w środowisku. Jej granice wyznaczają minimalna i maksymalna wartość czynnika środowiska. Zakres tolerancji ekologicznej to zakres wartości danego czynnika, w którym organizm może przetrwać.

6.Optimum i skutki przekroczenia granic tolerancji

Optimum to najkorzystniejsza wartość czynnika środowiska - w niej organizm rozwija się najlepiej. Gdy wartość czynnika jest dużo wyższa lub niższa od optimum, organizm przestaje się prawidłowo rozwijać. Przekroczenie najniższej lub najwyższej tolerowanej wartości hamuje procesy życiowe i powoduje śmierć organizmu.

7.Szeroki i wąski zakres tolerancji ekologicznej

Gatunki o szerokich zakresach tolerancji wobec wielu czynników występują zwykle powszechnie (np. szczur wędrowny - temperatura, sosna - zawartość wody w glebie), a gatunki o wąskich zakresach - tylko na niewielkich obszarach (np. rzekotka czerwonooka - tylko wilgotne lasy Ameryki Środkowej). Wobec jednego czynnika zakres może być szeroki, a wobec innego wąski. Najsilniej na występowanie organizmów wpływają: dostępność wody, temperatura, natężenie światła i stężenie soli mineralnych w wodzie i glebie.

8.Organizmy wskaźnikowe

Organizmy o wąskim zakresie tolerancji ekologicznej wobec badanego czynnika, wykorzystywane do oceny stanu środowiska. Mogą to być zarówno rośliny, jak i zwierzęta (np. larwy jętek - żyją tylko w czystych wodach). Organizmami wskaźnikowymi są też porosty - wrażliwe na zanieczyszczenie powietrza dwutlenkiem siarki.

9.Skala porostowa - strefy 1-3 (najbardziej zanieczyszczone powietrze)

Skala porostowa to porosty ułożone od najmniej do najbardziej wrażliwych na dwutlenek siarki ($\ce{SO2}$); służy do oceny zanieczyszczenia nim powietrza. Strefa 1: brak porostów (tzw. pustynia porostowa), silnie skażone tereny przemysłowe. Strefa 2: najbardziej odporne porosty skorupiaste, miasta i obszary przemysłowe. Strefa 3: porosty skorupiaste i nieliczne listkowate, tereny zadrzewione na obrzeżach dużych miast.

10.Skala porostowa - strefy 4-7 (coraz czystsze powietrze)

Strefa 4: liczne porosty listkowate, lasy w pobliżu dużych miast i obszarów przemysłowych. Strefa 5: porosty listkowate i nieliczne krzaczkowate, duże obszary leśne. Strefa 6: porosty listkowate i krzaczkowate, rozległe naturalne kompleksy leśne. Strefa 7: przeważnie porosty krzaczkowate, lasy najbardziej oddalone od miast, dróg i terenów przemysłowych.

11.Populacja i jej cechy

Populacja to grupa osobników tego samego gatunku żyjących na określonym obszarze w tym samym czasie; jeden gatunek tworzy wiele populacji. Cechy populacji to: liczebność, zagęszczenie, rozrodczość, śmiertelność, struktura przestrzenna, struktura wiekowa i struktura płciowa.

12.Liczebność a zagęszczenie populacji

Liczebność to liczba wszystkich osobników danego gatunku na określonym obszarze w tym samym czasie. Zagęszczenie to liczba osobników przypadająca na jednostkę powierzchni lub objętości środowiska, np. na metr kwadratowy łąki albo metr sześcienny wody. Aby je zbadać, wyznacza się obszar i liczy (lub możliwie dokładnie szacuje) wszystkie osobniki na nim.

13.Rozrodczość i śmiertelność

Rozrodczość to liczba potomstwa wydanego na świat w określonym czasie; zależy m.in. od dostępności pokarmu, od tego, jak często gatunek przystępuje do rozrodu, i od tego, ile potomstwa może wydać na świat. Śmiertelność to liczba osobników populacji, które umarły w określonym czasie; zależy od wieku i stanu zdrowia osobników, ilości pokarmu i obecności naturalnych wrogów.

14.Migracje: emigracja i imigracja

Migracje to przemieszczanie się osobników między populacjami. Emigracja - osobnik odłącza się od populacji (np. w poszukiwaniu pokarmu lub partnera do rozrodu). Imigracja - nowe osobniki przyłączają się do populacji. Liczebność i zagęszczenie populacji rosną dzięki rozrodczości i imigracji, a maleją przez śmiertelność i emigrację.

15.Struktura przestrzenna populacji

Sposób rozmieszczenia osobników na zajmowanym obszarze, charakterystyczny dla gatunku. Losowe - osobniki pojedynczo lub po kilka, w różnych odległościach (dogodne warunki, brak rywalizacji). Równomierne - niemal jednakowe odległości (rywalizacja o przestrzeń, np. terytoria łowieckie, miejsca na gniazda). Skupiskowe - oddalone od siebie grupy; w przyrodzie najczęstsze. Życie w grupie ułatwia polowanie, obronę przed drapieżnikiem i opiekę nad młodymi, ale sprzyja konfliktom o zasoby i szerzeniu się chorób.

16.Struktura płciowa populacji

Proporcje liczby samic i samców w populacji. Tylko właściwe proporcje pozwalają populacji zachować odpowiednią liczebność. U większości gatunków samic i samców jest tyle samo; wyjątkiem są np. patyczaki - ich populacje to prawie same samice, bo rozmnażają się głównie z niezapłodnionych jaj.

17.Struktura wiekowa populacji

Stosunek liczby osobników w poszczególnych okresach rozwojowych: młodzieńczym (od narodzin do osiągnięcia dojrzałości płciowej - osobnik nie może się jeszcze rozmnażać), rozrodczym (od dojrzałości płciowej do utraty zdolności rozmnażania) i starości (od utraty zdolności rozmnażania do śmierci).

18.Piramida wieku i typy populacji

Wykres liczby osobników w poszczególnych okresach rozwojowych, z którego można przewidzieć losy populacji. Rozwijająca się: znaczna przewaga osobników młodocianych - liczebność będzie rosła. Ustabilizowana: zbliżona liczba osobników we wszystkich okresach - liczebność stała. Wymierająca: przewaga osobników dojrzałych i starych nad młodocianymi - liczebność maleje, grozi jej wymarcie.

19.Oddziaływania antagonistyczne i nieantagonistyczne

Antagonistyczne (ujemne) przynoszą straty co najmniej jednej stronie: konkurencja, drapieżnictwo, roślinożerność i pasożytnictwo. Nieantagonistyczne (dodatnie) przynoszą korzyści przynajmniej jednej stronie, a żadna nie ponosi strat: mutualizm i komensalizm.

20.Konkurencja

Rywalizacja organizmów o te same, ograniczone zasoby środowiska - każda strona ponosi większe lub mniejsze straty. Konkurencja wewnątrzgatunkowa zachodzi między osobnikami tego samego gatunku, a międzygatunkowa - między organizmami różnych gatunków. Rośliny konkurują najczęściej o światło, wodę, sole mineralne i zwierzęta zapylające lub rozsiewające nasiona, a zwierzęta - o pokarm, wodę, partnera do rozrodu, terytorium i schronienie. Niektóre rośliny wydzielają do podłoża substancje hamujące rozwój innych gatunków, np. chaber bławatek - rozwój zbóż.

21.Skutki konkurencji wewnątrzgatunkowej

Podział przestrzeni na terytoria (większe i bogatsze dostaje zwycięzca), ustalenie hierarchii w stadzie (zwycięzca ma pierwszeństwo w jedzeniu i rozmnażaniu) oraz śmierć słabszych osobników. Wygrywają osobniki najsilniejsze, najsprytniejsze i najlepiej przystosowane - to one przekazują geny potomstwu, więc ostatecznym skutkiem jest umocnienie się gatunku.

22.Skutki konkurencji międzygatunkowej

Wyparcie jednego gatunku przez drugi - gdy nisze ekologiczne się pokrywają (identyczne wymagania), np. psy dingo wyparły w Australii wilki workowate. Zmiana niszy ekologicznej - gdy nisze zachodzą na siebie (część wymagań jest wspólna), np. silniejsza jaszczurka zwinka zajmuje słoneczne łąki, a żyworódka przystosowała się do życia w cienistych lasach.

23.Drapieżnictwo

Antagonistyczna zależność międzygatunkowa, w której drapieżnik odnosi korzyści, zjadając ofiarę, a ofiara ponosi straty. Pokarm zwierzęcy jest pożywny, ale trudny do zdobycia: na pogoń i zabicie ofiary drapieżnik zużywa dużo energii, więc ofiara musi być na tyle duża, aby pokryć te straty oraz dostarczyć materiału budulcowego i zapasowego. Drapieżnictwo występuje też u roślin: rosiczka chwyta owady liśćmi przekształconymi w pułapki i czerpie z nich azot.

24.Znaczenie drapieżników w przyrodzie

Drapieżniki polują przede wszystkim na osobniki stare, chore i słabe, więc dokonują selekcji: przy życiu zostają organizmy silne, zdrowe i potrafiące się bronić lub ukrywać. Selekcja zachodzi też w populacji drapieżników - osobniki, które nie radzą sobie z polowaniem, giną z głodu.

25.Przystosowania drapieżników do zdobywania pokarmu

M.in. dobrze rozwinięte narządy zmysłów (lokalizowanie ofiary), silna muskulatura (np. umięśnione tylne kończyny do dalekich skoków), smukłe ciało ułatwiające szybki bieg, długi ogon jako przeciwwaga w skrętach, szerokie nozdrza i duże płuca, maskujące barwy, gruczoły jadowe oraz ostre kły i pazury.

26.Sposoby polowania drapieżników

Tylko niektóre drapieżniki gonią ofiary; większość sprawia, że ofiara sama się zbliża. Upodabniają się do podłoża (kwietnik ma barwę płatków kwiatu) lub do rośliny (modliszka storczykowa), zastawiają pułapki, wabią przynętą (żółw sępi - wyrostek na języku podobny do larwy) lub światłem (ryby głębinowe), skradają się (rurecznica), atakują z ukrycia (murena) albo paraliżują ofiarę (meduzy - komórki parzydełkowe).

27.Sposoby obrony ofiar przed drapieżnikami

Oprócz ucieczki i czynnej obrony (np. kopnięcia zebr, żądło os, cuchnąca wydzielina skunksów): upodabnianie się do groźnych gatunków (przeziernik osowiec przypomina osę), kamuflaż (patyczak wygląda jak gałązka), substancje toksyczne i jaskrawe, odstraszające barwy (drzewołaz lazurowy), kolce (najeżka), udawanie martwego (zaskroniec zwyczajny) i pancerz (pancernik zwija się w kulę).

28.Roślinożerność

Antagonistyczna zależność międzygatunkowa: roślinożerca, zjadając części roślin, odnosi korzyści, a roślina zwykle ponosi straty. Pokarm roślinny ma mało białek i tłuszczów, a dużo celulozy (cukru niestrawnego dla zwierząt), dlatego roślinożercy zjadają go dużo; niektórym z nich w trawieniu celulozy pomagają mikroorganizmy w przewodzie pokarmowym.

29.Znaczenie roślinożerców

Zjadają tylko część rośliny, więc rzadko ją zabijają, ale osłabiona roślina łatwiej ulega pasożytom (np. grzybom, bakteriom). Zgryzanie pobudza niektóre rośliny do wzrostu. Skubanie traw zmniejsza konkurencję i ułatwia rozwój słabszym gatunkom, a zjadanie liści wysokich roślin zapobiega zarastaniu łąk i wpuszcza więcej światła do niższych warstw. Niektóre ptaki i ssaki zapylają kwiaty i rozsiewają nasiona.

30.Obrona roślin przed zjedzeniem

Struktury obronne (kaktus - liście przekształcone w ciernie, pokrzywa - parzące włoski), upodabnianie się do otoczenia (litopsy, czyli żywe kamienie) lub do niesmacznych roślin (jasnota biała przypomina pokrzywę), substancje trujące (lulek czarny) albo o odstraszającym zapachu i smaku (mak polny).

31.Przystosowania zwierząt do roślinożerności

Przeżuwacze (np. żubr) mają żołądek z czterech komór - w pierwszej bakterie i protisty rozkładają celulozę - a także długie jelita, szerokie zęby do rozcierania pokarmu i ruchliwą górną wargę; cofnięty z żołądka pokarm przeżuwają. Motyle mają aparat gębowy w kształcie rozwijanej rurki, ptaki jedzące nasiona (grubodziób) - krótki, gruby dziób, świstaki - siekacze rosnące przez całe życie, termity - protisty trawiące celulozę, a ślimaki - tarkę.

32.Pasożytnictwo

Antagonistyczna zależność, w której pasożyt żyje kosztem drugiego organizmu - żywiciela. Żywiciel jest dla pasożyta źródłem pożywienia, a dla pasożytów wewnętrznych także środowiskiem życia. Pasożyt zwykle nie zabija żywiciela, tylko go osłabia, bo śmierć żywiciela byłaby dla niego niekorzystna.

33.Pasożyty zewnętrzne i wewnętrzne

Pasożyty zewnętrzne żyją na powierzchni ciała żywiciela, np. kleszcze, pijawki, wszy, pchły. Pasożyty wewnętrzne żyją wewnątrz ciała żywiciela, np. tasiemce, owsiki, glisty ludzkie; tasiemiec uzbrojony przyczepia się do ściany jelita haczykami i przyssawkami, a pokarm wchłania całą powierzchnią ciała. Pasożytami bywają też rośliny, np. łuskiewnik różowy pobiera z drzew substancje za pomocą ssawek.

34.Przystosowania do pasożytnictwa

Narządy czepne (odnóża czepne, przyssawki, haczyki), aparaty gębowe przebijające skórę żywiciela (pasożyty zewnętrzne), substancje znieczulające utrudniające wykrycie pasożyta (pijawka lekarska wydziela też hirudynę, która zapobiega krzepnięciu krwi), pokrycie ciała chroniące przed strawieniem i reakcją układu odpornościowego (pasożyty wewnętrzne) oraz ogromna liczba jaj, bo tylko niewielka część potomstwa osiąga wiek rozrodczy.

35.Znaczenie pasożytów

Osłabiają żywiciela, odżywiając się jego tkankami (np. krwią) lub pokarmem, a pasożyty wewnętrzne zatruwają go produktami przemiany materii. Przenoszą choroby - kleszcze roznoszą bakterie wywołujące boreliozę i wirusy kleszczowego zapalenia mózgu. Powodują straty w rolnictwie (np. buławinka czerwona na zbożach wywołuje zatrucia). Osłabione zwierzęta łatwiej padają łupem drapieżników, a rośliny są mniej odporne na niekorzystne warunki.

36.Mutualizm i jego rodzaje

Zależność nieantagonistyczna, która przynosi korzyści obu gatunkom. Ma dwa rodzaje: symbiozę (mutualizm obligatoryjny) - związek niezbędny do przeżycia obu stron, oraz protokooperację (mutualizm fakultatywny) - związek korzystny dla obu stron, ale niekonieczny do ich przeżycia.

37.Symbioza - przykłady

Porost: grzyb dostarcza glonowi wody i soli mineralnych, a glon grzybowi substancji pokarmowych z fotosyntezy - nie mogą żyć oddzielnie. Rośliny bobowate (np. groch) i bakterie brodawkowe: bakterie z azotu atmosferycznego wytwarzają związki azotowe dla rośliny, a od niej dostają związki organiczne. Mrówki grzybiarki hodują w gniazdach grzyby, które są ich głównym pokarmem i bez opieki mrówek by nie przetrwały.

38.Mikoryza

Symbioza roślin nasiennych z grzybami, np. koźlarza z brzozą. Strzępki grzyba oplatają korzenie drzewa lub wnikają do ich wnętrza. Grzyb czerpie z rośliny związki organiczne, a w zamian ułatwia jej pobieranie wody i soli mineralnych oraz chroni korzenie przed bakteriami i toksynami.

39.Protokooperacja - przykłady

Rośliny i zwierzęta zapylające (owady, kolibry): zwierzę dostaje nektar lub pyłek i przenosi pyłek na inne kwiaty. Mszyce i mrówki: mrówki zjadają słodką spadź wydzielaną przez mszyce i w zamian je chronią. Bąkojady i bawoły: ptaki zjadają owady pasożytujące na bawołach i ostrzegają je przed niebezpieczeństwem.

40.Komensalizm

Zależność, w której jeden gatunek czerpie korzyści z obecności drugiego, nie wyrządzając mu szkody ani nie przynosząc pożytku; nie jest konieczna dla żadnej ze stron. Przykłady: hieny zjadające resztki zdobyczy lwów oraz podnawki, które przyczepiają się przyssawką do rekinów, by szybciej się przemieszczać i korzystać z resztek ich pokarmu.